جستجوی مقالات مرتبط با کلیدواژه "continuum damage mechanics" در نشریات گروه "مکانیک"
تکرار جستجوی کلیدواژه «continuum damage mechanics» در نشریات گروه «فنی و مهندسی»-
We discuss methodological aspects of assessment of the service life of structures and devices used in new technologies, paying a particular attention to non-stationary thermomechanical loading of “dangerous” zones of the systems under investigation. As result, using the approach of modern mechanics of the degradable continuum, we develop a model describing the associated processes of viscoplastic deformation and damage accumulation and adapted it to description of thermal fatigue. The presented model describes the main effects of inelastic deformation and damage accumulation processes in polycrystalline structural alloys for arbitrary complex deformation trajectories. A combined form of the kinetic equations for damage accumulation in the areas of interaction between low-cycle fatigue and long-term strength has been proposed, which makes it possible to properly describe the nonlinear nature of the damage accumulation.Keywords: Thermocyclic Durability, Continuum Damage Mechanics, Viscoplasticity, Complex Deformations, Fracture
-
Several components of aeronautical motors and power plant stations are subjected to high temperatures, leading to creep deformation. It’s common practice to predict crack development in such components by using Continuum Damage Mechanics (CDM). Nevertheless, mesh dependency is a well-known issue in the classical CDM approach. The mesh sensitivity problem can be solved by using a nonlocal continuum approach. In the present study, in order to improve the numerical efficiency, a stress regime dependent creep model has been extended to a nonlocal model using a nonlocal theory from the literature. The nonlocal creep model was applied to a commercial finite element code, such as ABAQUS, with the help of user-defined routines (CREEP+USDFLD) to predict the load point displacement (LPD) and creep crack growth (CCG) for a compact tension (CT) specimen made of high creep strength 1CrMoV steel. A comparison between the results of the new nonlocal model and experimental data was made for verification. The mesh dependency of the new nonlocal model was investigated. The results indicate that the proposed nonlocal creep model demonstrates good mesh objectivity that was not feasible when considering the traditional local creep model.
Keywords: Creep Constitutive Model, Stress Regime-Dependent Creep Behavior, Finite Element, Continuum Damage Mechanics, Nonlocal Damage, 1Crmov Alloy -
هرگاه یک ورق کامپوزیتی چندلایه، تحت بارگذاری کششی شبه استاتیک یا بارگذاری خستگی قرار گیرد، چندین نوع آسیب در آن ایجاد می شود؛ از جمله ترک های ماتریس، ترک های ثانویه و لایه لایه شدگی. اولین نوع آسیب، ترک های ماتریس اند که در لایه های دارای زاویه نسبت به جهت بارگذاری بوجود می آیند. این ترک ها اگرچه منجر به گسیختگی نمی شوند، اما خواص مکانیکی معادل ورق کامپوزیت را کاهش می دهند و می توانند باعث واماندگی سازه گردند. در این مقاله، یک مدل تحلیلی غیرخطی جدید، برای پیش بینی کاهش سفتی ورق های کامپوزیت متعامد ارایه و بکار گرفته می شود. بدین منظور، یک تابع چندجمله ای درجه سوم بعنوان انرژی آزاد هلمهولز پیشنهاد و پس از بررسی تحلیلی تابع پیشنهادی، روابط مربوطه استخراج می گردند. سپس برای اعمال روند افزایش تعداد ترک های ماتریس در روابط، یک آزمایش تجربی میکروسکوپی طراحی و در مورد کامپوزیت متعامد شیشه/اپوکسی استفاده می شود. همچنین برای تعیین ثوابت آسیب موجود در روابط استخراج شده، مدل های میکرومکانیکی اجزا محدود به همراه شرایط مرزی تناوب (PBC) بکار می رود. نتایج این مدل با شبیه سازی های عددی میکرومکانیکی سه بعدی، آزمایش های تجربی بارگذاری-باربرداری تک محوره شبه استاتیک و پژوهش های پیشین صحت سنجی می گردند. نتایج نشان می دهند که مدل پیشنهادی نسبت به مدل های خطی و غیرخطی پیشین، پیش بینی های دقیق تری ارایه می کند. همچنین با استفاده از روش میکروسکوپی پیشنهادی، روند افزایش تعداد ترک های ماتریس به راحتی شناسایی می گردد.
کلید واژگان: مکانیک آسیب, کامپوزیت چندلایه, مکانیک آسیب محیط پیوسته, میکرومکانیک, مدل غیرخطیOnce a composite laminate is subjected to quasi-static tensile or fatigue loading, some damage modes initiate and propagate in the laminate. The first damage mode is the matrix crack that forms in the layers with an angle to the loading direction. Although not leading to breakage, these cracks reduce the equivalent mechanical properties of the composite laminate. In this paper, a new nonlinear analytical model is presented and used to predict the stiffness degradation of the cross-ply composite laminates. For this purpose, a new third-order polynomial function is proposed as the Helmholtz free energy of the composite, and the appropriate equations are derived. A microscopic experimental test is designed and accompanied by the analytical model to investigate the damage progression in a glass/epoxy cross-ply laminate. Also, finite-element micromechanical models with periodic boundary conditions (PBC) are proposed and used to determine the damage constants. The model is validated against the 3D micromechanical models and the quasi-static uniaxial loading-unloading experimental tests. The validation shows a very good agreement between the model and the experiments.
Keywords: Damage Mechanics, Composite Laminate, Continuum Damage Mechanics, Micromechanics, Nonlinear Model -
This paper discusses the topic of probabilistic analysis of composite laminates rectangular plates containing a central circular hole under static tensile load. First, According to the continuum damage mechanics (CDM) approach, structural analysis models, the definition of damage and the treatment of random variables will be explored. Then, the matrix cracking and fiber/matrix debonding damage is modeled and the material constitutive relationships are implemented in the ABAQUS software by the subroutine. The probabilistic methods, first order reliability method (FORM) and second order reliability method (SORM) have been used to analyze the composite plates’ system failure probability. The failure functions and random variables have been obtained according to the CDM approach. Issues arising out of the use of composite material structures, in applications, due to non-homogeneity and anisotropic characteristics, and manufacturing defects will be highlighted, and uncertainties related to the material properties, loads, and boundary conditions will be discussed through examples. It is shown that the scatter in parameter values has a significant effect on damage development in the model.Keywords: Matrix Cracking, Fiber, Matrix Debonding, Continuum Damage Mechanics, First-Order Reliability Method, Second-Order Reliability Method
-
نظریه مکانیک آسیب محیط های پیوسته با رویکردی پدیدارشناختی در پیش بینی پدیده ی شکست مواد به کارگرفته می شود. از آ ن جایی که هر ماده رفتار مخصوص به خود را دارد، یافتن نحوه رفتار آسیب فلزات پرکاربرد اهمیت ویژه ای دارد. در این تحقیق دو مدل آسیب گنجیانی و بونورا، برای تحلیل رفتار الاستوپلاستیک آسیب چند فلز از طریق نوشتن زیربرنامه VUMAT در نرم افزار آباکوس، انجام شبیه سازی و مقایسه با داده های تجربی موجود در منابع، استفاده شده است. جزییات انتگرال گیری صریح و الگوریتم حل ارایه شده است. همچنین، به دلیل اینکه کرنش ها در محدوده تغییر شکل های بزرگ بوده اند، از روابط مربوط به تغییر شکل های بزرگ استفاده شده است. در یافتن ثوابت مدل ها از نمودارهای تنش-کرنش، آسیب-کرنش و کرنش شکست-تنش سه محوری استفاده شده است. پس از انجام شبیه سازی به کمک نمودار نیرو-جابه جایی که تطابق خوبی با نمودار تجربی برای هر فلز داشته اند، صحت عملکرد تایید شده است. در حالت کلی ثوابت طی یک فرایند آزمون و خطا طوری مشخص گردیدند که برازش منحنی بهینه انجام گرفته باشد. فلزات مورد بررسی فولاد 1045، آلومینیوم 351T-2024 و فولاد 130HY بودند. برای دو فلز اول آزمون کشش ساده و برای فولاد 130HY آزمون خمش سه نقطه ای شبیه سازی شده است و نمودار نیرو-جابه جایی حاصل با نمودار تجربی نظیر مقایسه شده است.
کلید واژگان: مکانیک آسیب, تنش سه محوری, کرنش شکست, رفتار الاستوپلاستیک, شکست نرمThe theory of continuum damage mechanics with a phenomenological approach is used in predicting the phenomenon of material failure, and since each material has its own behavior, it is especially important to find out the damage behavior of common used metals. In this study, the constants of two damage models, Ganjiani and Bonora, for analyzing the elastoplastic damage behavior of several metals by writing VUMAT subroutine in Abaqus software, simulation and comparison with experimental data in literature, were determined and the ability and efficiency of models in the analysis of metals damage behavior was ensured. In finding the constants of the models, stress-strain, damage-strain and failures train-stress triaxiality diagrams were used and after the simulation, with the help of force-displacement diagram, which had a good agreement with the experimental diagram for each metal, the accuracy of the performance was confirmed. In general, the constants during a trial and error process were determined to be the optimal fit. The studied metals were steel 1045, aluminum 2024-T351and HY130 steel. For the first two metals, only simple tension test is simulated, and for HY130 steel a more general test, three point bending test, is simulated and the obtained force-displacement diagram was compared with the experimental diagram. Also, because the strains were in the range of large strains, the relationships related to large strains have been used.
Keywords: Continuum Damage Mechanics, Stress Triaxiality, Fracture Strain, Elastoplastic Behavior -
ارزیابی قابلیت اطمینان صفحه مستطیلی تحت بار کششی درون صفحه ای با استفاده از تئوری مکانیک آسیب پیوسته
در این مطالعه قابلیت اطمینان صفحات مستطیلی بدون سوراخ و حاوی یک سوراخ دایره ای مرکزی تحت بار کششی استاتیکی بررسی شده است. برای بررسی شروع و پیش روی آسیب از مفاهیم مکانیک آسیب پیوسته با استفاده از تحلیل اجزاء محدود استفاده شده است. معادلات سازگاری برای حالت آسیب همسانگرد تک جهته برای نمونه مستطیلی استخراج شده است و با کدی در نرم افزار المان محدود آباکوس اجرا می شود. برای بررسی احتمال خرابی نیز از روش مرتبه اول/دوم قابلیت اطمینان استفاده شده و تابع حالت حدی و متغیرهای تصادفی طبق مدل مکانیک آسیب به دست آمده است. برای نشان دادن آسیب، کانتورهای پیشرفت آسیب، نموار نیرو-جابجایی برای قطرهای مختلف رسم شده است. با اضافه شدن سوراخ مرکزی در صفحه مستطیلی به قطر 2 تا 10 میلی متر مقدار بار تخریب تقریبا 60 تا 80 درصد کاهش می یابد، که این نتایج با توجه به مفاهیم تمرکز تنش هم خوانی دارد. نتایج شبیه سازی شده با آزمایش های تجربی مقایسه شده و نشان داده می شود که نتایج شبیه سازی شده توسط منحنی نیرو-جابجایی تجربی تایید می شود. در انتها احتمال خرابی هریک از صفحات با قطرهای مختلف تقریب زده و نیز تحلیل حساسیت بر روی پارامتر ضریب تغییرات انجام شده است. قابلیت اطمینان نمونه مذکور با قطر 10 میلی متر کمترین مقدار را دارد، در حالی که صفحه بدون سوراخ بالاترین میزان را دارد و در بین متغیرهای تصادفی، آسیب بحرانی بیشترین اثر را روی قابلیت اطمینان دارد.
کلید واژگان: مکانیک آسیب پیوسته, آسیب همسانگرد, روش مرتبه اول قابلیت اطمینان, روش مرتبه دوم قابلیت اطمینانIn this paper, the reliability of rectangular plates without holes and containing a central circular hole under static tensile load has been studied. To investigate the initiation and evolution of damages, continuum damage mechanics approach together with finite element has been used. Constitutive equations with scalar damage have been obtained for the plate and implemented in finite element code, ABAQUS. To analyze the probability of failure the first/second order reliability methods have been used and then, limit state function and random variables according to the continuum damage mechanics model obtained. The force-displacement curves for various sizes of the hole are obtained. With the addition of a central hole in a plate with a diameter of 2 to 10 mm, failure load is reduced by approximately 60 to 80%, which is consistent with the concepts of stress concentration. Finally, the probability of failure of each plate with different hole sizes is approximated and sensitivity analysis on the coefficient of variation is performed. The reliability of the specimen with a diameter of 10 mm has the lowest value, while the plate without a hole has the highest value and among the random variables, the critical damage is the most effective one in reliability.
Keywords: Continuum Damage Mechanics, Scalar Damage, First Order Reliability Method, Second-Order Reliability Method -
هدف از این تحقیق ارایه مدلی برای ارزیابی عمر خستگی - خزشی پره توربین گاز است. اجزای ناحیه داغ یک توربین گاز که شامل بخش توربین و محفظه احتراق است تحت بارهای حرارتی و مکانیکی در اثر مکانیزمهای خستگی و خزش دچار آسیب میشوند. آسیب به صورت توامان رخ میدهد، لذا لازم است اثرات آنها و برهمکنش این دو مکانیزم در کنار هم مورد توجه قرار گیرد. به منظور دستیابی به این هدف، مدل ویسکوپلاستیک چبوش که قابلیت مدلسازی رفتار آلیاژهای نیکل را داراست بکار گرفته میشود. روابط رشد آسیب خستگی و خزشی ارایه شده توسط چبوش و کاچانوف به مدل ویسکوپلاستیک اضافه شده و در نهایت مدل کامل بدست آمده توسط UMAT به نرم افزار المان محدود آباکوس معرفی میشود. صحت سنجی کد توسعه داده شده در تحلیل و ارزیابی عمر یک هندسه ساده بررسی خواهد شد. فرایند ارزیابی عمر برای یک نمونه پره از طبقه انتهایی یک توربین کم فشار تحت بارهای ترمومکانیکی انجام شده و متناسب با آسیبهای خستگی و خزشی ایجاد شده در پره، عمر آن به صورت میزان ساعات کارکرد، تعداد دفعات روشن شدن توربین و ساعات عملکردی معادل بیان و بحث میشود. مقایسه نتایج حاصل از این تحلیل با میزان عمر معمول پره های توربین در این کلاس کاری نشانگر کاربردی بودن این مدل و روش بهکار گرفته شده میباشد.
کلید واژگان: ارزیابی عمر, توربین گاز, ترمومکانیکی, مکانیک آسیب محیط پیوسته, ساعات عملکردی معادلThe aim of this research is to propose a procedure for predicting creep-fatigue life of gas turbine blade. Components in gas turbine hot section such combustion chamber and turbine gets damaged under effect of thermomechanical loadings. These damages developed via fatigue and creep together, thus it is necessary to identify their interaction on each other. To achieve this goal Chaboche’s elasto-viscoplastic model which is an appropriate model for simulating the behavior of nickel alloys being used. Damage evolution rules for fatigue and creep which introduced by chaboche and kachanov respectively added to viscoplastic model and implemented in Abaqus by a UMAT. After verification of Generated subroutine by a simple model, a rotor blade of last stage of a low pressure turbine was used in the process of creep-fatigue life assessment. Predicted life has proposed in three ways as the operating hours, number of starts and the equivalent operation hours which is the common ways of announcing gas turbines life. Comparison the gained results with common gas turbines life represent that this procedure’s capability and practicality.
Keywords: Life assessment, Gas turbine, Thermomechanical, Continuum Damage Mechanics, Equivalent Operation Hour -
کامپوزیت های الیاف خرد شده، به خاطر سادگی فرایندهای تولید و داشتن خواص مکانیکی یکنواخت، در برخی از کاربردهای صنعتی مورد توجه قرار گرفته اند. موضوع این مقاله، بررسی تخریب پیش رونده در کامپوزیت الیاف خرد شده تصادفی شیشه نوع E/اپوکسی و ارزیابی مدل چو و وانگ در آزمایش کشش ساده است. در بخش تجربی، روش همبستگی تصاویر دیجیتال به کار رفته و منحنی تغییرات مدول یانگ و ضریب پواسون در آزمایش کشش ساده تا انهدام کامل نمونه استخراج شده است. در بخش نظری، به منظور بررسی تخریب به صورت غیرآیزوتروپیک و ایجاد تمایز بین مکانیزم تخریب ناشی از تنش کششی و فشاری، قسمت اول معیار چو و وانگ به کار رفته است. افزایش متغیرهای تخریب در خلال گسترش خرابی به دست آمده و رشد تخریب غیرآیزوتروپیک در این ماده کامپوزیتی استنتاج شده است. با انجام تخمین خطی در محاسبه ضریب وابستگی به تخریب، صحت مدل مورد استفاده برای پیش بینی رفتار مکانیکی کامپوزیت تخریب شده، از طریق مقایسه با نتایج تجربی مورد تایید قرار گرفته است.
کلید واژگان: تخریب پیش رونده, مکانیک تخریب پیوسته, تخریب غیرآیزوتروپیک, کامپوزیت الیاف خرد شده, کامپوزیت الیاف شیشه نوع E, اپوکسیChopped fiber composites have become attractive materials for many industrial applications due to simplicity of their manufacturing processes and uniform mechanical properties. The subject of this paper is investigation of damage progression in random chopped Eglass fiber/Epoxy composites and evaluation of Chow and Wang Model in simple tensile test. In the experimental section, digital
image correlation method was applied and variation curves of the Young's modulus and Poisson's ratio in tensile test of specimens were extracted until rupture. In theoretical section, for investigation of anisotropic damage and distinguishing between damage mechanism due to tensile and compressive stresses, the first part of the Chow and Wang criterion was employed. Growth of damage variables during the failure progression was characterized and anisotropic damage evolution in this composite was concluded. By means of linear approximation of damage dependency coefficient, validation of the model for prediction of mechanical behavior of the damaged composite was confirmed by comparing with experimental results.Keywords: Progressive Damage, Continuum Damage Mechanics, Anisotropic Damage, Chopped Fiber Composite, E-Glass, Epoxy Composite -
Nowadays, composites have great applications in mechanical structures due to their proper ratio of the strength to the weight. Such application includes automotive and aerospace industries. These components may be affected by the creep phenomenon, when they work at high temperatures. Therefore, there should be appropriate creep behavior of materials for these parts. In this article, the Continuum Damage Mechanics (CDM) method was used to calculate the creep lifetime of various polymer matrix composites. For this objective, experimental data were utilized from creep tests in the literature, on standard specimens, at different temperatures. Then, therelation between the stress, the temperature and the lifetime was presented by the CDM approach, which was calibrated by experimental results. In addition, the Levenberg-Marquardt method was employed to optimize the creep lifetime equation and to find temperature-dependent material constants. Consequently, the obtained results showed that there was a good agreement between experimental and calculated creep lifetimes of composites.Keywords: Creep lifetime prediction, Polymer matrix composites, Continuum damage mechanics, Levenberg-Marquardt method
-
در پژوهش حاضر، برای تحلیل رفتار پلیمرهای نیمه بلوری، با استفاده از دیدگاه مکانیک آسیب محیط پیوسته، یک مدل مکانیکی ارائه شده است. در این مدل، یک نقطه مادی از پلیمر نیمه بلوری به صورت مجموعی از توده ها، شامل دو فاز بلوری و بی شکل و صفحه ی مرزی فازها درنظر گرفته شده و معادلات اساسی هر یک از فازها تشریح شده است. سپس الگوریتمی عددی برای حل معادلات اساسی هر فاز به صورت مرحله به مرحله ارائه شده است. همچنین با استفاده از میانگین گیری حجمی، رفتار کلی ماده برحسب رفتار هرکدام از فازها مشخص گردیده است. به دلیل در دسترس بودن پارامترهای مادی برای پلی اتیلن، رفتار این ماده مورد تحلیل قرار گرفته است. نتایج عددی بدست آمده با نتایج مدل ها و آزمایشات قبلی مقایسه شده است، پس از تایید اعتبار مدل ارائه شده، تاثیر پارامترهای نرخ آسیب فاز بلوری، پارامتر رهایی، نرخ آسیب فاز بی شکل، آسیب اشباع، مدول برشی لاستیکی و مقاومت فاز بی شکل بر رفتار پلی اتیلن مورد بررسی قرار گرفته است.کلید واژگان: مکانیک آسیب محیط پیوسته, پلیمر نیمه بلوری, الگوریتم عددی, پلی اتیلنIn the current study, semi-crystalline polymers and their properties are introduced, and then a mechanical model is precisely presented in order to predict the behavior of these materials. In this model, a material point of the semi-crystalline polymer is considered as an aggregate of inclusions of two phases, namely, the crystalline and the amorphous phase, with the interface plane of these two phases. Constitutive equations of each phase are demonstrated. A numerical algorithm is presented for solving the constitutive equations of each phase, in stages. Moreover, the general behavior of the material is determined in terms of each phase behavior using volume averaging. Because of the availability of the material parameters for polyethylene, this material has been taken into account. Obtained numerical results are reported and compared to that of previous models. After supporting the validity of the presented model, the effect of some material parameters including crystalline phase damage rate, release parameter, amorphous phase damage rate, saturation damage, rubber shear modulus, and amorphous phase strength on polyethylene behavior has been discussed in details.Keywords: Continuum Damage Mechanics, Semi-crystalline polymers, Numerical algorithm, Polyethylene
-
The coupled damage/plasticity model for meso-level which is ply-level in case of Uni-Directional (UD) Fiber Reinforced Polymers (FRPs) is implemented. The mathematical formulations, particularly the plasticity part, are discussed in a comprehensive manner. The plastic potential is defined in effective stress space and the damage evolution is based on the theory of irreversible thermodynamics. The model which is illustrated here has been implemented by different authors previously but, the complete pre-requisite algorithm ingredients used in the implicit scheme implementation are not available in the literature. This leads to the complexity in its implementation. Furthermore, this model is not available as a built-in material constitutive law in the commercial Finite Element Method (FEM) softwares. To facilitate the implementation and understanding, all the mathematical formulations are presented in great detail. In addition, the elastoplastic consistent operator needed for implementation in the implicit solution scheme is also derived. The model is formularized in incremental form to be used in the Return Mapping Algorithm (RMA). The quasi-static load carrying capability and non-linearity caused by the collaborative effect of damage and plasticity is predicted with User MATerial (UMAT) subroutine which solves the FEM problem with implicit techniques in ABAQUS.
Keywords: Continuum damage mechanics, Plasticity, damage coupling, Meso-scale, Return mapping algorithm, Fiber reinforced polymers -
در این پژوهش، رفتار مکانیکی مواد تقویت شده با آلیاژ هوشمند در چهارچوب مکانیک آسیب محیط های پیوسته بررسی عددی شده است. ساختار مورد بررسی یک قطعه ناچ دار آلومینیومی تقویت شده با آلیاژ هوشمند است که تحت بارگذاری کششی قرار می گیرد. شبیه سازی ساختار ذکر شده در نرم افزار المان محدود آباکوس انجام شده است. در این شبیه سازی آلیاژ هوشمند در بستر آلومینیومی گنجانده شده و هیچ لغزشی بین آلومینیوم و آلیاژ هوشمند وجود ندارد. برای خواص رفتاری همراه با آسیب آلومینیوم کد یومت مدل لمیتره ایجاد شده است. نتایج شبیه سازی به نتایج آزمایشگاهی بسیار شباهت داشت. همچنین برای خواص رفتاری آلیاژ هوشمند از کد یومت مدل برینسون استفاده شده است. نتایج شبیه سازی حاکی از تفاوت پاسخ رفتاری آلومینیوم و آلومینیوم تقویت شده با آلیاژ هوشمند است. وجود آلیاژ هوشمند در بستر قطعه ناچ دار علاوه بر جذب انرژی و شکست قطعه در بارگذاری های بالاتر نرخ رشد آسیب ماده تقویت شده را نیز کاهش می دهد.
کلید واژگان: مکانیک آسیب محیط های پیوسته, مدل لمیتره, آلیاژهای هوشمند, مدل برینسون, کد یومتIn general, materials include micro-cracks and small holes which is created during the manufacturing process. The growth of these micro-cracks leads to degradation of mechanical properties and resulting in deterioration of the materials. Continuum damage mechanics is the new field of failure criteria which survey the behavior and responses of weakened material during the complete process of deterioration of material. This method defines the damage growth with an internal variable and can be used to predict the failure behavior of many materials such as metals, composites, polymers, and so on. Shape memory alloys have unique features, such as, having memorable properties, being super elastic and being energy absorber, which led to new applications in science and engineering research. Super elastic property accompanies with a lot of energy absorption during creating a Hysteresis loop. In this research, we examine mechanical behavior of materials reinforced with smart alloy in the context of environmental damage mechanics. Simulation and experimental results were very close. The considered structure is a notched piece of aluminum which is reinforced by the smart alloy. This material is notched because when the smart alloy reaches to its maximum reversible strain, damage variable reaches to its critical value due to the stress concentration. Accordingly, in this case, the effect of existence of the smart alloy is studied to find how it reduces the growing of the damage. Simulation of the mentioned structure is performed with Finite Element Analysis, where the structure was modeled under longitudinal loading. UMAT code of Lemaiter model, was developed for behavioral properties with damaged aluminum, UMAT code of Brinson model was used for behavioral properties of shape memory alloy. Simulation results suggest that different behavioral aluminum with aluminum reinforced by SMA. Existence of smart alloy on the aluminum substrate reduces the damage evolution and the structure fails in higher loadings. Also, the simulation results showed that reinforcing materials such as aluminum with shape memory alloys, up to the failure, are suitable choices for cyclic loading.
Keywords: Continuum damage mechanics, lemaitre model, shape memory alloys, brinson model, UMAT -
در این مقاله، آسیب پیوسته خستگی کم چرخه همدما در دماهای مختلف برای همبسته آلومینیوم سنبه موتور، ارزیابی شده است. برای این منظور، از داده های آزمون خستگی کم چرخه همدما در دماهای 280، 350 و 425 درجه سانتیگراد بر روی نمونه های استاندارد آزمون استفاده شد. سپس، براساس روش مکانیک آسیب پیوسته، میزان آسیب خستگی در ماده، در طول بارگذاری چرخه ای محاسبه گردید. نتایج این پژوهش که شامل تخمین عمر خستگی کم چرخه همبسته آلومینیوم سنبه بود، نشان داد که در مقایسه با داده های عمر خستگی تجربی ماده، براساس بیشینه خطای نسبی و خطای میانگین، دارای مطابقت مناسبی می باشد. اعمال جداگانه روش مکانیک آسیب پیوسته در هر سطح دمایی، خطای نسبی را به مقدار قابل توجهی، کاهش داد. بر این اساس، خواص همبسته آلومینیوم- سیلسیوم سنبه موتور در مدل مکانیک آسیب پیوسته، تحت بارهای چرخه ای، بر حسب دما استخراج گردید. در انتها، متغیرهای آسیب مختلفی تعریف شد و با نتایج روش مکانیک آسیب پیوسته مقایسه گردید و بهترین متغیر انتخاب و معرفی شد.کلید واژگان: همبسته آلومینیوم- سیلیسیوم, سنبه موتور, مکانیک آسیب پیوسته, خستگی کم چرخه همدماIn this article, the isothermal low-cycle fatigue continuum damage in the engine piston aluminum alloy has been evaluated at different temperatures. For this objective, experimental data of low-cycle fatigue tests on standard specimens were used at 280, 350 and 425°C. Based on the continuum damage mechanics method, the fatigue damage was calculated during cyclic loading. Obtained results, including the predicted low-cycle fatigue lifetime of the piston aluminum alloy, indicated that based the maximum value of the relative error and the average error, a proper agreement was achieved, compared to the experimental fatigue lifetime. Applying the continuum damage mechanics approach in each temperature level in a separately condition, reduced significantly the relative error. Then, properties of the engine piston aluminum-silicon alloy based on the continuum damage mechanics model were obtained versus the temperature, under cyclic loadings. Finally, different damage parameter were defined and their results were compared to results of the continuum damage mechanics technique and the superior parameter was defined and selected.Keywords: Aluminum-silicon alloy, Engine piston, Continuum damage mechanics, Isothermal low-cycle fatigue
-
هدف از این تحقیق، تخمین عمر خستگی کامپوزیت های چندلایه با استفاده از یک مدل جدید مبتنی بر مکانیک خرابی محیط پیوسته است. بدین منظور یک معیار به فرم بسته بر پایه روش انرژی و در چارچوب مکانیک خرابی ارائه شده است، به گونه ای که تفاوت آسیب در سه جهت مختلف را لحاظ می نماید و در عین حال محدود به لایه چینی خاصی نمی باشد. مدل پیشنهادی با استفاده از ماده نوشته شده توسط کاربر، در نرم افزار اجزاء محدود ANSYS (یوزرمت) پیاده سازی شده است. در این مقاله نحوه مشخصه سازی ثوابت مدل بیان شده و برای کامپوزیت کربن- اپکسی AS4/3501-6، ثوابت محاسبه شده اند و در نهایت اعتبارسنجی مدل برای کامپوزیت های لایه ای تک جهته و چندجهته مورد ارزیابی قرار گرفته است. در چندلایه های چندجهته، نتایج عمر خستگی برای چند لایه های متعامد دارای سوراخ [04/904]s و [904/04]s با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد که مدل ارائه شده می تواند با تقریب بسیار قابل قبولی عمر چندلایه های کامپوزیتی را تنها با استفاده از ثوابت به دست آمده از آزمایش چندلایه های تک جهته در دو نسبت تنش محاسبه نماید.
کلید واژگان: عمر خستگی, کامپوزیت چند لایه, مکانیک خرابی محیط پیوسته, متغیر آسیب, چگالی انرژی کرنشیThe purpose of this study is to estimate the fatigue life of laminated composites using a novel model based on continuum damage mechanics. For this purpose, a closed form criterion based on the energy method has been presented in the context of damage mechanics such that considers the difference of damage in three directions and moreover is not limited to a special layup. The proposed model has been implemented in the ANSYS finite element software using the material coded by the user (Usermat). The method of characterization of the model constants has been presented in this paper and the constants have been determined for AS4/3501-6 Carbon-Epoxy composite and finally, validation of the model for unidirectional and multidirectional layered composites has been evaluated. For multidirectional laminates, results of fatigue life for cross-ply laminates with hole with the layups [04/904]s and [904/04]s compared with experimental results. The results show that the developed model can predict the fatigue life of laminated composites only by using the material constants which is obtained from experiments of unidirectional laminates in two stress levels.Keywords: Fatigue Life, Laminated Composite, Continuum Damage Mechanics, Damage Variable, Strain Energy Density -
این مقاله به پیش بینی عمر در بارگذاری خستگی پرچرخه با استفاده از مدل آسیب شابوش-لمتر می پردازد. مدل آسیب شابوش-لمتر اثر تنش میانگین و هم چنین اثر تنش های فشاری را- که باعث بسته شدن ترک می شود- در نظر می گیرد. در این مقاله، یک الگوریتم عددی به روش ضمنی برای انتگرال گیری این مدل ارایه و برای کاهش زمان حل از روش پرش در چرخه ها استفاده شده است. برای راستی آزمایی الگوریتم پیشنهادی، یک نمونه شیاردار Vشکل تحت بارگذاری خستگی با نسبت تنش های متفاوت انتخاب شده و عمر آن با نتایج تجربی مقایسه می شود. در ادامه یک قطعه صنعت هوایی، اسپیندل روتور اصلی پره های یک بالگرد، که تحت بارگذاری خستگی متغیر قرار دارد مورد تحلیل قرار می گیرد.کلید واژگان: مکانیک آسیب پیوسته, خستگی پرچرخه, تخمین عمر, روش پرش در چرخه هاThis article predicts lifetime of high cycle fatigue loading using Chaboche-Lemaitre damage model. The ChabocheLemaitre damage model takes into account mean stress effect as well as compressive stresses effect, making crack to close. In the this paper, a numerical algorithm is offered to integrate this model implicitly and the obtained algorithm is implemented as a user material subroutine of the ABAQUS finite element software. To reduce computation time, Jump-in-Cycles procedure is used based on fatigue loading simulation. To verify the proposed algorithm, a V-notched specimen is chosen under a fatigue loading with different stress ratios, and its lifetime is compared with experiments. Next, an aviation industry part, main rotor spindle of an aircraft blades, subjected to a variable fatigue loading is analysed.Keywords: Continuum damage mechanics, high cycle fatigue, lifetime estimation, jump, in, cycles procedure
-
تئوری مکانیک آسیب پیوسته ابزاری است قدرتمند برای حل مسائلی هم چون تغییر شکل های پلاستیک بزرگ که مکانیک شکست سازه از تحلیل تاثیرات آن عاجز است. این مدل در چارچوب متغیرهای داخلی تئوری ترمودینامیک استخراج می شود و براساس نتایج آزمایشگاهی که بر روی خواص ماده انجام شده است، توسعه داده می شود. رشد میکروحفره ها، حاصل شکست غیر خطی کوپل شده با تغییر شکل های پلاستیک است. با توجه به این که چگالی و استحکام آلومینیوم برای استفاده در سازه های هوافضایی مناسب است از آن در ساخت بدنه و سازه وسایل فضایی استفاده می شود. آلومینیوم 5083 نیز به خاطر رفتار مکانیکی مناسب و سهولت جوشکاری و ماشینکاری یکی از پرکاربردترین مواد در سازه موشک، حامل و کاوشگرهای فضایی است. در این مقاله، آسیب پیوسته در آلومینیوم 5083 براساس مدل غیر خطی بنورا بررسی شده است. شبیه سازی عددی رفتار ماده در حین شکست در نرم افزار آباکوس به وسیله سابروتین (USDFLD) انجام می شود و نتایج به دست آمده با نتایج آزمایشگاهی مقایسه و صحه گذاری می شود. این مقایسه نشان می دهد که نتایج شبیه سازی و آزمایش تجربی هم خوانی مناسبی با هم دارند و مدل بنورا برای مدل سازی آسیب در آلومینیوم مناسب است.کلید واژگان: مکانیک آسیب پیوسته, روش اجزای محدود, آلومینیوم, مدل بنوراContinuum Damage Mechanics (CDM) is a powerful tool to solve problems such as large plastic deformation, Where the fracture mechanics is unable to analysis of its effects. Continuum damage mechanics in terms of the internal variable theory of thermodynamics is derived and based on the experimental results on material properties is developed. As regards, Aluminum has an important role in designing and construction of aerospace structures and devices, since its density and strength are suitable to aerospace applications. Al 5083 is one of the most widely used materials in the construction of missiles, space vehicles and sounding rocket structure. In this paper, the continuum damage mechanics principles are studied. Nucleation, development and propagation of damage in Al 5083 are investigated based on Bonora model as a non-linear model. FE simulation of material behavior during failures is carried out by ABAQUS software package and USDFLD subroutine. The results are validated with experimental tests. This comparison shows that the simulation results are agree with that of experimental tests, also the Bonora model can be used of damage modeling of AL 5083.Keywords: Continuum Damage Mechanics, FEM, Aluminum 5083, Bonora Model
-
هدف این مقاله بررسی آسیب پیشرونده در یک لایه کامپوزیتی زمینه فلزی با استفاده از کوپل روش میکرومکانیکی و دیدگاه مکانیک آسیب پیوسته می باشد. روش میکرومکانیکی، روش بر پایه المان حجمی نماینده معروف به روش سلول واحد ساده شده می باشد که قابلیت بررسی پیشرونده بودن آسیب و رفتار پلاستیک در المان حجمی نماینده را دارد. آسیب مورد بررسی به صورت ایزوتروپ و غیرایزوتروپ بر اساس دیدگاه مکانیک آسیب پیوسته می باشد. کامپوزیت مورد بررسی کامپوزیت کربن/آلومینیم می باشد. رفتار زمینه به صورت ایزوتروپ و الاستوپلاستیک و رفتار الیاف به صورت ایزوتروپ عرضی و الاستیک و آرایش الیاف درون زمینه به صورت منظم می باشد. مدل رفتار الاستوپلاستیک زمینه به صورت رفتار دوخطی و روش حل، روش تقریب متوالی می باشد. با توجه به مطالعات پیشین در دسترس، کامپوزیت سیلیکون کارباید/تیتانیوم جهت اعتبارسنجی و مقایسه با داده های تجربی مورد توجه قرار می گیرد. اثر درصد حجمی الیاف در روند پیشروی آسیب مورد مطالعه قرار می گیرد. نتایج نشان می دهند که با افزایش بارگذاری طولی و عرضی، متغیر آسیب در جهات الیاف وعمود بر الیاف رشد کرده و مدول یانگ طولی و عرضی موثر کامپوزیت کاهش می یابد. همچنین نتایج تایید می کنند که در بارگذاری طولی و درنظرگیری آسیب غیرایزوتروپ، پیشروی آسیب در جهت الیاف بیشتر از رشد آن در جهت عمود برالیاف می باشد، در حالیکه تحت بارگذاری عرضی رشد آسیب در جهات عمود بر الیاف سریع تر است.کلید واژگان: کامپوزیت زمینه فلزی, مکانیک آسیب پیوسته, میکرومکانیک, آسیب غیرایزوتروپThe aim of this paper is investigation of progressive damage in a metal matrix composite lamina using coupling of micromechanical method and continuum damage mechanics viewpoint. The micromechanical method is a representative volume element based method known simplified unit cell method which possesses the capability of investigating of progressive damage and plastic behavior in the representative volume elements. The studied damage is isotropic and anisotropic based on continuum damage mechanics viewpoint. Under investigation composite system is Carbon/Aluminum composite. The matrix behavior is considered as isotropic and elastoplastic and the fiber behavior is transversely isotropic and elastic. The fiber arrangement within the matrix is regular. The matrix elastoplastic behavior model is included as bi-linear behavior and solution method is successive approximation method. According to available previous studies, Siliconcarbide/Titinium composite system is noticed for validation and comparison with experimental data. Also the effect of fiber volume fraction on the damage progression routine is studied. The results show that by increasing the longitudinal and transverse loadings, the damage variable grows in the fiber direction and perpendicular to the fiber direction and the axial and transverse Young's modulus decrease subsequently. Also the results prove that in longitudinal loading, considering anisotropic damage, damage progression in the fiber direction is more than its growth in perpendicular to the fiber direction. Whereas, under transverse loading, damage growth in perpendicular to the fiber direction is faster.Keywords: Matrix metal composite, Continuum damage mechanics, Micromechanics, Anisotropic damage
-
In this paper, a general elastoplastic-damage constitutive model considering the effect of strain rate has been developed. The derivation of this model has been cast into the irreversible thermodynamics with internal variables within the fundamentals of Continuum Damage Mechanics (CDM). The rate effect has been involved as an additional term into the plastic yield surface (dynamic plastic yield surface). Therefore, the plastic surface has been presented in the category of Consistency–type model in which the rate of state variables is considered as independent state variables. The damage has been assumed as a tensor type variable and based on the energy equivalence hypothesis the damage evolution has been developed. The proposed model has been validated for both rate-independent and rate-dependent deformation. For this manner, the generalized trapezoidal stress integration algorithm of the model has been explained and the model has been implemented into user-defined subroutines (UMAT and VUMAT) in the finite element program ABAQUS. The results of numerical simulation, statically and dynamically, have been compared to the experimental results of three aluminum and two steel alloys. Also, the results of simulation for shear and double-notched tests have been compared to their experiments. By comparing the predicted results with experimental data, the capability and validity of the model have been verified.Keywords: Continuum damage mechanics, Dynamic yield surface, Consistency model, generalized trapezoidal algorithm
-
کامپوزیت های پلیمری، بخاطر داشتن نسبت استحکام به وزن بالا و خواص جهتی شان، کاربردهای مهندسی زیادی به ویژه در صنایع هوایی دارند. با این حال به دلیل خواص متفاوت اجزای این مواد، پیش بینی تخریب آن ها به ویژه تحت بارگذاری متناوب دشوار می باشد. هدف از انجام این تحقیق، ارائه یک روش جدید برای پیش بینی تخریب خستگی درون لایه ای کامپوزیت های الیافی بر پایه مکانیک خرابی محیط پیوسته می باشد. در این پژوهش برای در نظر گرفتن تاثیر عیوب میکروسکوپی در سه جهت مادی، سه متغیر وضعیت داخلی ماده تحت عنوان متغیرهای آسیب در چارچوب علم ترمودینامیک تعریف شده است. مدل ارائه شده در این تحقیق، توانایی این را دارد که با در نظر گرفتن رشد آسیب در سه جهت، تخمین مناسبی از عمر خستگی کامپوزیت های چند لایه ارائه دهد. بدین منظور یک حل بسته بر پایه روش انرژی و در چارچوب مکانیک خرابی ارائه شده است، به گونه ای که تفاوت تخریب در جهات مختلف را نیز لحاظ می نماید و در عین حال مستقل از لایه چینی می باشد. مدل مزبور با استفاده از ماده نوشته شده توسط کاربر(Usermat)، در نرم افزار Ansys پیاده سازی شده است. حسن استفاده از این روش این است که با داشتن مشخصات استاتیکی و خستگی برای چندلایه تک جهته، می توان عمر خستگی را برای شرایط مختلف بارگذاری و برای هر نوع لایه چینی محاسبه کرد. نحوه مشخصه سازی ثوابت مدل بیان شده و سپس برای یک ماده مرکب معین ثوابت محاسبه شده اند. مقایسه نتایج پیش بینی شده توسط مدل ارائه شده با نتایج آزمایشی موجود، نشان از دقت مناسب مدل دارد.
کلید واژگان: عمر خستگی, کامپوزیت چند لایه, مکانیک خرابی محیط پیوسته, متغیر آسیبPolymeric Due to high strength to weight ratio of polymeric composites and their directional properties, they are extensively used in engineering, particularly in aerospace industry. However, the difference in material properties of composites makes their failure prediction complicated especially under cyclic loading. Present study is carried out to develop a new method for estimation of the intralaminar fatigue damage of fibrous composites based on continuum damage mechanics. In order to include the influence of microscopic defects in three material orientations, three internal material state variables namely damage variables are defined in thermodynamics framework. By considering a 3-directional damage propagation, suggested model is able to make a good prediction of laminated composites fatigue life. To achieve this, a closed form solution by energy method in framework of thermodynamics is presented. The solution is in a way to include the differences in damages of various directions yet maintaining the independency on the layup. The model is implemented in ANSYS software by using a user material code (Usermat). This method gives us an advantage to estimate the fatigue life of any laminate with arbitrary layup under different loading conditions only by having static and fatigue properties of a unidirectional ply. Characterization of constants of model is presented and they are also determined for a certain composite material. Comparison between the predicted results of proposed model and the available experimental data verifies the great precision of the model.
Keywords: Fatigue life, Laminated composite, Continuum damage mechanics, Damage variable -
در این تحقیق، بررسی تجربی و عددی ضربه تکراری با سرعت کم بر روی ورق آلومینیم انجام می گیرد. روش مکانیک آسیب محیط پیوسته بر اساس مدل لمتق جهت بررسی واماندگی استفاده می شود. شبیه سازی عددی توسط نرم افزار اجزا محدود آباکوس انجام و کدنویسی آسیب با استفاده از زیر برنامه وی.یو.مت انجام می گردد. ضربه های تکراری با انرژی مساوی بر روی ورق اصابت می کند. در ضربه اول اثر پلاستیسیته بر روی ورق دیده می شود. با اعمال ضربات بعدی اثر کرنش سختی تا قبل از ترک در آلومینیم ملاحظه می شود. بعد از ایجاد ترک سفتی سازه کاهش می یابد و با انجام ضربه های بعدی افت سفتی و آسیب در ورق افزایش یافته و در نهایت فرورفتن و سوراخ شدن اتفاق می افتد. همچنین صحت سنجی مدل حاضر با نتایج آزمایشگاهی انجام می گیرد بطوری که مقایسه نتایج تجربی و عددی نمودارهای نیرو-زمان و نیرو-جابجایی توافق خوبی را نشان می دهد.
کلید واژگان: ضربه تکراری, مکانیک آسیب محیط پیوسته, سوراخ شدن, انرژی جذب شده, نیروی تماسیIn this study، repeated low velocity impacts on aluminum plate are investigated experimentally and numerically. In order to investigate the failure mechanism، Lemitre''s model of the continuum damage mechanics is used. Numerical simulation is carried out employing a Vumat subroutine in Abaqus FE package. Repeated impacts are performed on the plate with the same level of energy. Plastic deformation is observed on the plate in the first impact. During the subsequent impacts and prior to crack initiation، the effect of strain hardening on the aluminum plate is observed. After crack initiation، the stiffness of the structure decreases. As the impacts continue، stiffness further decreases and the damage area increases، finally perforation and penetration appear on the plate. Also، the present model is validated by the experimental results. Comparison of numerical with experimental results shows a good agreement for the force-time and force-displacement histories.Keywords: Repeated impact, Continuum damage mechanics, Perforation, Absorbed energy, Contact force
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.